CN112187850B - 一种基于opc协议的远程控制系统及控制方法 - Google Patents

一种基于opc协议的远程控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法，包括包括OPC客户端、OPC中间件、OPC服务器和底层硬件。本申请基于OPC技术，采用远端更新的方法，方便了管理者同时管理多个底层硬件，通过服务器/客户端的方式，可以将OPC客户端的配方更新至应用程序OPC中间件中，同时应用程序OPC中间件定时上传当前底层硬件的各项数据，方便远程查看当设备状况。

Description

一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及设备管理领域，具体涉及一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法。
背景技术
OPC统一框架(OPC Unified Architecture，简称OPCUA)是一种独立于操作平台的协议，具有可靠的数据通讯和安全机制，并将设备的各种数据节点定义为对象以描述复杂的过程和系统，来支持设备复杂的数据结构。
工业生产中，由于大多数机床操作工不具备专业的数控知识，通常需要管理者控制管理。管理者可能要同时管理多台设备，拥有一套完善的远程管理系统将极大程度上提高工作效率。远程管理可以更换当前配方，设置刀补等等。
发明内容
本发明的目的提供一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
根据本发明的一个方面，一种基于OPC协议的远程控制系统，包括OPC 客户端、OPC中间件、OPC服务器和底层硬件；
OPC客户端，用于远程连接所述OPC服务器并通过指令控制机床；
OPC中间件，用于添加OPC客户端和所述OPC服务器，同时用于所述OPC 客户端对所述OPC服务器进行通讯和操控；
OPC服务器，用于接收和监测所述底层硬件的订阅数据，同时接收并反馈所述OPC客户端发送的指令；
底层硬件，用于执行所述指令，同时定期上传硬件所述订阅数据；
所述OPC客户端可有多组，所述OPC服务器也可有多组，任一组所述OP C客户端通过所述OPC中间件通讯连接多组所述OPC服务器，多组所述OPC 客户端可通过所述OPC中间件通讯连接任一组所述OPC服务器，所述底层硬件与所述OPC服务器连接。
在某些实施方式中，所述OPC中间件包括C++库和Python库；
Python库，用于接收操作指令并添加配置变量；
C++库，包括上传接口和回调函数，所述上传接口用于连接并接收所述P ython库的操作指令，所述回调函数用于解析操作指令并向所述底层硬件进行反馈。
在某些实施方式中，所述C++库采用QT CREATOR编译器，所述C++库导入所述Python库的接口通过sip的方式；所述Python库使用所述C++库时，需要在需在环境变量中添加库路径。
在某些实施方式中，所述OPC客户端与所述OPC服务器的通讯方式采用数据订阅的异步通讯方式。
在某些实施方式中，所述Python库通过AddCmdAndStateNode的方式, 将配置文件中需要订阅各项被添加到所述OPC服务器上；所述C++库调用Up dateData接口，定时的更新所述OPC服务器上的数据，时间由所述配置文件设定。
在某些实施方式中，所述OPC客户端的指令通过dataChangeNotificationCallback向所述Python库发送。
在某些实施方式中，当时监听所述底层硬件的数据变化时，所述OPC服务器接收变化数据并通过所述回调函数解析数据发送至所述OPC客户端。
在某些实施方式中，所述配置文件包括固定配置文件和选定配置文件，所述OPC服务器定期主动向所述OPC客户端上传所述固定配置文件的数据，所述OPC服务器需手动向所述OPC客户端上传所述选定配置文件的当前所有数据。
根据本发明的另一个方面，一种基于OPC协议的远程控制系统的控制方法，包括以下步骤：
OPC服务器安装OPC中间件；
OPC客户端通过数据订阅的方式异步通讯连接所述OPC服务器；
所述OPC服务器添加底层硬件；
所述OPC服务器更新并监测所述底层硬件的订阅数据；
所述OPC中间件向所述OPC客户端上传所述订阅数据；
所述OPC客户端向所述OPC中间件下发数据指令；
所述OPC中间件解析所述数据指令并反馈至所述底层硬件。
在某些实施方式中，OPC中间件数据订阅的方法，包括：
OPC中间件编写C++库；
导出Python库的数据接口；
创建所述Python库项目；
所述Python库项目导入所述OPC中间件；
在所述Python库中添加配置数据；
调用所述Python库的数据接口向所述C++库上传订阅数据；
所述C++库向OPC客户端上传所述订阅数据；
当OPC服务器监听到所述订阅数据发生变化；
所述C++库接收所述OPC客户端下发的指令；
所述C++库调用回调函数解析所述指令并向底层硬件反馈。
在某些实施方式中，OPC服务器添加底层硬件的方法，包括：
在OPC服务器添加新的通道；
在所述通道上添加新设备；
绑定所述新设备的IP；
选择所述新设备的导入项；
启动OPC客户端。
本发明提供的一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法基于OPC技术，采用远端更新的方法，方便了管理者同时管理多个底层硬件，通过服务器/客户端的方式，可以将OPC客户端的配方更新至应用程序OPC中间件中，同时应用程序OPC中间件定时上传当前底层硬件的各项数据，方便远程查看当设备状况。
附图说明
图1为本发明的一种实施方式的一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法的结构框图；
图2为本发明的一种实施方式的一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法的OPC客户端与OPC服务器的连接结构框图；
图3为本发明的一种实施方式的一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法的通讯结构示意图；
图4为本发明的一种实施方式的一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法的控制过程流程图；
图5为本发明的一种实施方式的一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法的数据订阅流程图；
图6为本发明的一种实施方式的一种基于OPC协议的远程控制系统及控制方法的添加硬件流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明 进行进一步详细的说明。
如图1所示：一种基于OPC协议的远程控制系统，其特征在于，包括： OPC客户端1、OPC中间件2、OPC服务器3和底层硬件4；
OPC客户端1，用于远程连接OPC服务器3并通过指令控制机床；
OPC中间件2，用于添加OPC客户端1和OPC服务器3，同时用于OPC客户端1对OPC服务器3进行通讯和操控；
OPC服务器3，用于接收和监测底层硬件4的订阅数据，同时接收并反馈 OPC客户端1发送的指令；
底层硬件4，用于执行指令，同时定期上传硬件订阅数据；
OPC客户端1可有多组，OPC服务器3也可有多组，任一组OPC客户端1 通过OPC中间件2通讯连接多组OPC服务器3，多组OPC客户端1可通过OPC 中间件2通讯连接任一组OPC服务器3，底层硬件4与OPC服务器3连接。
如图2所示：OPC客户端1包括OPC客户端11、OPC客户端12、OPC客户端13等多组客户端，OPC服务器3包括OPC服务器31、OPC服务器32、OPC 服务器33等多组服务器，OPC客户端11可以同时连接OPC服务器31、OPC 服务器32、OPC服务器33等多字服务器，OPC服务器33也可以同时接收来自OPC客户端1包括OPC客户端11、OPC客户端12、OPC客户端13等多组客户端的指令。
OPC协议的优点在于一个OPC客户端1可以连接一个或多个OPC服务器 3，而多个OPC客户端1也可以同时连接同一个OPC服务器。即为一台有OPC 服务的数控该系统可以在远端有多个控制者；一个控制者可以通过网络控制多个数控设备，极大程度上方便了管理。
如图3所示：OPC协议是一套标准的针对于硬件设备的驱动程序，有统一的接口标准。OPC协议包含在OPC中间体中。OPC协议可以使用不同管理系统的客户端，一个管理员可以通过MES系统的客户端通过OPC协议互联网接口连接OPC服务器3，另一个管理员同时可以通过PI系统的客户端连接通过 OPC协议互联网接口连接OPC服务器3，同时如CNC数控机床、机器人和扫码枪等底层硬件4也可通过OPC协议连接添加到OPC服务器3中，从而使得OPC 客户端1可以远程接收底层硬件4的数据和发送控制指令。
如图4所示：本实施例提供的一种基于OPC协议的远程控制系统的控制方法，包括以下步骤：
S1.OPC服务器3安装OPC中间件2；
S2.OPC客户端1通过数据订阅的方式异步通讯连接OPC服务器3；
S3.OPC服务器3添加底层硬件4；
S4.OPC服务器3更新并监测底层硬件4的订阅数据；
S5.OPC中间件2向OPC客户端1上传订阅数据；
S6.OPC客户端1向OPC中间件2下发数据指令；
S7.OPC中间件2解析数据指令并反馈至底层硬件4。
OPC通讯有两种方式：同步通讯和异步通讯。
同步通讯时，OPC客户端1对OPC服务器3进行相关操作时，OPC客户端 1必须等到OPC服务器3对应的操作全部完成以后才能返回，在此期间OPC 客户端1一直处于等待状态。
异步通讯时，OPC客户端1对服务器进行相关操作时，OPC客户端1操作后立刻返回，不用等待OPC服务器3的操作，可以进行其他操作。当OPC服务器3完成操作后再通知OPC客户端1。
如图5所示：本申请中OPC客户端1与OPC服务器3的通讯方式采用数据订阅的异步通讯方式，其中OPC中间件2数据订阅的方法，包括以下步骤：
S201.OPC中间件2编写C++库；
S202.导出Python库的数据接口；
S203.创建Python库项目；
S204.Python库项目导入OPC中间件2；
S205.在Python库中添加配置数据；
S206.调用Python库的数据接口向C++库上传订阅数据；
S207.C++库向OPC客户端1上传订阅数据；
S208.当OPC服务器3监听到订阅数据发生变化；
S209.C++库接收OPC客户端1下发的指令；
S210.C++库调用回调函数解析指令并向底层硬件4反馈。
其中，OPC中间件2包括C++库和Python库；
Python库，用于接收操作指令并添加配置变量；
C++库，包括上传接口和回调函数，上传接口用于连接并接收Python库的操作指令，回调函数用于解析操作指令并向底层硬件4进行反馈。
整个OPC中间件以Python语言编写主体的Python库，以C++语言编写辅助的C++库，编写OPC C++库时，采用QT CREATOR编译器，导入PYTHON 接口通过sip的方式。Python库使用所述C++库时，需要在需在环境变量中添加库路径。
Python库通过AddCmdAndStateNode的方式,将配置文件中需要订阅各项被添加到OPC服务器3上；C++库调用UpdateData接口，定时的更新OPC 服务器3上的数据，时间由配置文件设定。
AddCmdAndStateNode()是Python语言中添加变量的函数，通过AddCmdAndStateNode,将配置文件中需要订阅各项被添加到服务器上。
通过调用UpdateData接口，定时的更新服务器上的数据，时间由配置文件设定，其中UpdateData()是窗口函数，用来刷新数据。
OPC客户端1的指令通过dataChangeNotificationCallback向所述Python库发送，其中dataChangeNotificationCallback()函数是变量值发生改变时的回调函数。
如图6所示：本申请中OPC服务器3添加底层硬件4的方法，包括：
S301.在OPC服务器3添加新的通道；
S302.在通道上添加新设备；
S303.绑定新设备的IP；
S304.选择新设备的导入项；
S305.启动OPC客户端1。
实施例1
当前系统程序启动后，根据固定配置文件，每隔固定时间，底层硬件4 主动上传当前系统的数据到OPC服务器3中，包括主轴电流，主轴温度，主轴速度，当前工件偏移等，还包括当前加工时间，总共加工时间等。
同时，一些特定的选定配置文件只有在操作者需要上传时才上传给OPC 客户端1，如扫码功能。当打开扫码枪页面，输入员工号，选择事件类型，填入对应数据，选择上传，则上传一次当前页面的数据至OPC客户端1，同时包含当前配方，刀具寿命，刀具半径等等。如果不点击上传，并不会将当前页面的内容告知客户端。
OPC客户端1收到当前上传数据后，可通过下发消息的方式给与界面回应。下发命令包括四部分：
CncMesMeg：下发消息
MesRepChg：更换配方
McsVarUpd：更新共变数
McsRadUpd：修改刀补
1)下发消息：OPC客户端1中的CMD.MSG_ID写上编号，CMD.MSG_TXT 写上下发的消息，CMD.EVENT写上CncMesMeg，OPC中间件2可以弹出消息框。
2)更换配方：OPC中间件2配置文件中指定远程配方文件的路径，OPC 客户端1中的CDM.RECIPE写为15.NC，CMD.EVENT写上MesRepChg，应用程序段可见当前加载配方变为15.NC。
3)更新共变数：OPC客户端1中的CMD.MARCO_VAR写上M6:0.02，CMD. EVENT写上McsVarUpd，OPC中间件2共变数页面可查看M6更新至0.02。
4)修改到刀补：OPC客户端1中的CMD.TOOL_RADIUS写上R2:0.002， CMD.EVENT写上McsRadUpd，OPC中间件2刀具页面可查看刀具半径更新至0. 002。
以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于OPC协议的远程控制系统，其特征在于，包括：OPC客户端(1)、OPC中间件(2)、OPC服务器(3)和底层硬件(4)；
OPC客户端(1)，用于远程连接所述OPC服务器(3)并通过指令控制机床；
OPC中间件(2)，用于添加OPC客户端(1)和所述OPC服务器(3)，同时用于所述OPC客户端(1)对所述OPC服务器(3)进行通讯和操控；
OPC服务器(3)，用于接收和监测所述底层硬件(4)的订阅数据，同时接收并反馈所述OPC客户端(1)发送的指令；
底层硬件(4)，用于执行所述指令，同时定期上传硬件所述订阅数据；
所述OPC客户端(1)有一组或多组，所述OPC服务器(3)也有一组或多组，任一组所述OPC客户端(1)通过所述OPC中间件(2)通讯连接多组所述OPC服务器(3)，多组所述OPC客户端(1)通过所述OPC中间件(2)通讯连接任一组所述OPC服务器(3)，所述底层硬件(4)与所述OPC服务器(3)连接。
2.根据权利要求1所述的远程控制系统，其特征在于，所述OPC中间件(2)包括C++库和Python库；
Python库，用于接收操作指令并添加配置变量；
C++库，包括上传接口和回调函数，所述上传接口用于连接并接收所述Python库的操作指令，所述回调函数用于解析操作指令并向所述底层硬件(4)进行反馈。
3.根据权利要求2所述的远程控制系统，其特征在于，所述C++库采用QT CREATOR编译器，所述C++库导入所述Python库的接口通过sip的方式；所述Python库使用所述C++库时，需要在需在环境变量中添加库路径。
4.根据权利要求3所述的远程控制系统，其特征在于，所述OPC客户端(1)与所述OPC服务器(3)的通讯方式采用数据订阅的异步通讯方式。
5.根据权利要求4所述的远程控制系统，其特征在于，所述Python库通过AddCmdAndStateNode的方式,将配置文件中需要订阅各项被添加到所述OPC服务器(3)上；所述C++库调用UpdateData接口，定时的更新所述OPC服务器(3)上的数据，时间由所述配置文件设定。
6.根据权利要求5所述的远程控制系统，其特征在于，所述OPC客户端(1)的指令通过dataChangeNotificationCallback向所述Python库发送。
7.根据权利要求6所述的远程控制系统，其特征在于，当时监听所述底层硬件(4)的数据变化时，所述OPC服务器(3)接收变化数据并通过所述回调函数解析数据发送至所述OPC客户端(1)。
8.根据权利要求5所述的远程控制系统，其特征在于，所述配置文件包括固定配置文件和选定配置文件，所述OPC服务器(3)定期主动向所述OPC客户端(1)上传所述固定配置文件的数据，所述OPC服务器(3)需手动向所述OPC客户端(1)上传所述选定配置文件的当前所有数据。
9.一种应用权利要求1-8任一项所述的远程控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
OPC服务器(3)安装OPC中间件(2)；
OPC客户端(1)通过数据订阅的方式异步通讯连接所述OPC服务器(3)；
所述OPC服务器(3)添加底层硬件(4)；
所述OPC服务器(3)更新并监测所述底层硬件(4)的订阅数据；
所述OPC中间件(2)向所述OPC客户端(1)上传所述订阅数据；
所述OPC客户端(1)向所述OPC中间件(2)下发数据指令；
所述OPC中间件(2)解析所述数据指令并反馈至所述底层硬件(4)。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，OPC中间件(2)数据订阅的方法，包括：
OPC中间件(2)编写C++库；
导出Python库的数据接口；
创建所述Python库项目；
所述Python库项目导入所述OPC中间件(2)；
在所述Python库中添加配置数据；
调用所述Python库的数据接口向所述C++库上传订阅数据；
所述C++库向OPC客户端(1)上传所述订阅数据；
当OPC服务器(3)监听到所述订阅数据发生变化；
所述C++库接收所述OPC客户端(1)下发的指令；
所述C++库调用回调函数解析所述指令并向底层硬件(4)反馈。
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